華北平原農地利用變化及驅動力分析*

吳玉剛

(河南職業技術學院，鄭州 450046)

0 引言

農地是農業生產的基本資料，是人類進行物質生產、獲取糧食的保障。土地利用作為人類生存和發展的最基本活動方式，在較長的農業發展時期內，農地利用是土地利用的主要內容，且人類對農地利用的程度反映了區域經濟發展的規模和水平，同時也關系社會經濟的可持續發展。但隨著工業化和城鎮化的快速發展以及人口的膨脹，農地資源短缺，質量下降，且土地利用變化直接或間接地導致全球氣候變暖。華北平原作為我國第二大平原，我國農作物主產區之一，為使農地保護工作行之有效，制定科學合理的保護政策，研究其農地利用變化規律，從宏觀角度深入分析農地變化的自然社會驅動力對于保障糧食安全和土地持續利用十分重要[1-3]。

當前關于農地變化的研究成果主要集中在農地動態變化[4-5]、農地利用變化強度[6-7]、時序特征[8]等。游和遠等[9]通過計算各省份的農地集約利用程度指出農地集約利用程度較高的長三角、珠三角、京津冀地區的農地集約利用碳排放總效率普遍較低，應控制農地利用碳排放量。王麗娟等[10]研究表明建設占用耕地是耕地資源大面積減少的主要原因，其次耕地資源利用程度有所減弱，農地利用結構有所轉變。于建立[11]基于永修縣8年土地利用調查數據指出人口因素和經濟因素是導致該地區農地利用結果不平衡的主要驅動力。華北平原作為我國糧食的重要生產基地，方相林等[12]研究發現華北平原土地類型中耕地持續減少，林地和建設用地迅速增加，糧食總產量有所下降。王紅營[13]利用2000～2013年連續的作物空間分布圖指出華北平原地區總體上糧食作物呈下降趨勢，經濟作為呈上升趨勢。綜合上述分析，可以看出有關華北平原地區農地利用變化的研究較少，基于華北平原的重要性，文章以華北平原地區為研究對象，研究其農地利用和驅動力對于促進農地的可持續利用及保障糧食安全具有十分的現實意義。

1 研究區域概括

華北平原是中國三大平原之一，又稱黃淮海平原，位于北緯32°～40°，東經114°～121°，跨越京、津、冀、魯、豫、皖、蘇7省市，面積30萬km2，是中國東部大平原的重要組成部分，我國重要的糧棉油生產基地，也是我國人口、城市高度密集和工農業較發達的地區，其平原人口和耕地面積約占我國的1/5。華北平原屬暖溫帶季風氣候，四季變化明顯，年平均氣溫14～15℃，年降水量為500～900mm， 7～8月光、熱、水同季，作物增產潛力大， 9～10月光照足，有利于秋收作物灌漿和棉花的吐絮成熟。華北平原以旱作為主的農業區，南部地區大多為一年兩熟，北部地區大多為兩年三熟，糧食作物主要有小麥、水稻、玉米、高粱、谷子和甘薯等，經濟作物主要有棉花、花生、芝麻、大豆和煙草等。從空間分布上看，南部地區水分狀況較好，產量差較大，應提高水肥利用率，北部地區產量差居中，中部地區產量差較低，區域平均值潛在產量的48.2%[14]。該文中的華北平原主要是指河北北部(包含北京和天津)、南部、魯西北、豫北等4個區域。

2 研究方法

2.1 農地利用程度綜合指數和復種指數

農地利用程度綜合指數反映農地綜合利用的強度，以各類型農地面積比例與農地類型程度分級指數相乘計算得來，其中耕地和林地的指數為3[15]。

復種指數表示農地利用強度的影響，通過總播種面積與耕地面積的比重計算得來。

2.2 灰色關聯法

該文運用灰色關聯法[16]對華北平原農地的驅動力進行分析，以華北平原農地為參考數列，驅動力指標為比較數列，指標數據選取2004年、2008年、2012年和2016年，具體步驟主要包括4個方面。

表1 指標體系

(1)構建指標體系

為深入探討華北平原地區農地的驅動力，該文選取具有代表性的3個自然因素和5個社會因素構建指標體系(表1)，分析這些指標與農地利用變化的關系程度。其中關鍵的自然因素主要氣候條件、地理變化和自然災害等，自然因素相對穩定，具有一定的累積性，該文自然因素指標選取與農地關系密切的氣溫、降雨量和日照時數等。社會因素相對活躍，文章基于社會發展背景，在人口急劇膨脹的當代，人口和GDP都得到迅速發展，而農業機械總動力、城市化率和農業科學技術與農地息息相關。

(2)數據無量綱化處理

(3)計算關聯系數

采用極值加權組合計算關聯系數ζi。

(1)

(4)計算關聯度

計算關聯度采用綜合歸一技術，按照最大隸屬度原則選取最大關聯度，其公式如下：

(2)

式(2)中,n為比較數列的數據數。關聯度(Ri)的取值范圍介于0～1之間，Ri值越大關聯性越大，說明比較數列對參考數列的影響也就越強。其中關聯度(R)介于0.00～0.35，關聯度較低； 介于0.35～0.45，關聯度低； 介于0.45～0.65，關聯度中等； 介于0.65～0.85，關聯度高； 介于0.85～1.00，關聯度極高。

3 結果與分析

3.1 農地利用變化分析

表2 華北平原農地利用變化分析

表3 華北平原農地利用變化驅動力關聯系數

基于華北平原地區，分別計算2004年、2008年、2012年和2016年的農地利用程度變化率、農地利用程度綜合指數和復種指數(表2)，反映華北平原農地利用的變化情況，整體來看，農地利用程度變化率均大于0，也就是說華北平原農地利用均處于發展階段，主要是由于隨著社會的發展，人口的增多，工業用地、居民用地也在不斷增加，導致農地利用程度呈增加的趨勢。農地利用程度綜合指數呈下降的趨勢，說明華北平原農地逐年減少。耕地復種作為重要農業耕作模式，能有效地解決糧食安全。2004～2016年華北平原復種指數隨著時間的延長也呈現下降趨勢，因為農地總面積逐年減少，總體上來說，耕地面積也在逐年減少。

3.2 驅動力分析

綜上所述，華北平原地區農地利用發生了變化，導致出現這些變化的原因稱為驅動力，利用式(1)計算關聯系數如表3。從表3可以看出， 2004～2016年華北平原農地利用變化驅動力關聯系數均呈增加趨勢，其中2004年與華北平原農地利用變化最密切的是人口和年平均氣溫； 2008年與華北平原農地利用變化最密切的是人口、城市化率和年平均氣溫； 2012年與華北平原農地利用變化最密切的是GDP、人口、農業科學技術和年平均氣溫； 2016年與華北平原農地利用變化最密切的是GDP、人口、城市化率、農業科學技術和年平均氣溫。

表4 華北平原農地利用變化驅動力關聯度和關聯序

從表4可以看出，影響華北平原農地變化的驅動力主要是人為因素，各個驅動力從大到小依次為：人口、城市化率、農業科學技術、年平均氣溫、GDP、日照時數、農業機械總動力和年降雨量。其中關聯度介于0.65～0.85的有人口、城市化率、農業科學技術和年平均氣溫，也就是說這4個驅動力與華北平原農地利用變化的關系最密切，而GDP、日照時數、農業機械總動力和年降雨量的關聯度介于0.45～0.65，與華北平原農地利用變化的關系中等。

4 結論與討論

4.1 結論

2004～2016年華北平原農地利用程度呈下降的趨勢，影響華北平原農地變化的主要是人為因素(人口、城市化率、農業科學技術)。華北平原作為重要的糧食生產基地，在人口和城市化率不斷增加的前提下，要加大農業科學技術的投入，提高農地利用效率，保障糧食安全，以滿足日益膨脹的人口。該文采用灰色關聯法對華北平原地區農地利用變化進行分析，但由于選取的驅動力因素有限，可能會影響該文的研究結果，但華北平原的農地利用變化結果客觀地反映了華北平原農地的實際情況，進一步應針對具體的省市，選取更多的自然和社會驅動力指標，更細致更有針對性地研究影響因素。

4.2 討論

農地指用于農業生產的土地，包括耕地、園地、林地、牧草地、農田水利用地等。該文研究結果表明平均氣溫對農地利用變化的影響較大。且溫度作為影響土壤釋放CO2的最關鍵自然因素[17]影響農地土壤的呼吸速率，進而影響土壤肥力。此外不同的降雨強度對農地土壤存在不同程度的侵蝕，降低土壤的養分，加劇水土流失，導致農地利用發生改變。

我國作為人口眾多的農業大國，人口和GDP與農地利用變化的關系密切，同時也說明人口的增加有利于農業用地面積的增加。華北平原地區人口約3.5億人口，其中北京市人口從2004年的1 492.7萬人增長到2016年2 172.9萬人，GDP從2004年的4 283.3億元增加到2016年的2.489 93萬億元，天津市的人口從2004年1 023.67萬人增長到2016年1 562.12萬人，GDP從2004年的2 931.88億元增加到2016年的1.788 539萬億元，河北省人口從2004年的6 808.75萬人增長到2016年7 470.05萬人，GDP從2004年的8 836.9億元增加到2016年的3.182 79萬億元，由此可見人口和GDP都得到了急速發展，直接或間接地影響了農地的變化； 另一方面農業作為國民經濟的主要部分，近年來隨著國家支農政策的不斷出臺，農業人口及農村勞動力不斷增加，農業用地面積也隨之增加。此外隨著農民純收入的不斷增加，消費能力也隨之增加，用于農業用地的投入資金也增加，進而導致農業用地增加。但第二、三產業GDP的增加導致農業生產的成本提高，進而阻礙農地利用強度的增加[18]。

農業機械總動力和農業科學技術密切相關，同時農業機械化與糧食產量關系密切，尤其是農業機械作業水平與糧食產量的影響最大，其次是機耕面積、農業灌溉機械擁有量、拖拉機數量、農業機械總動力[19]。如2004～2013年河南省農業機械動力投入呈顯著增長趨勢，且區域空間分布不明顯[20]。復種作為農地高效利用的有效途徑，華北平原中河南省的復種指數最大，山東省第2，北京最小[21]。而農業科技技術主要是農業科技人員和財力資源的投入，這主要依靠國家政策的支持。城市化是社會經濟發展的必然產物，涉及人口、經濟、生活等眾多方面[22]，在城市化的推動下，耕地、林地和其他用地發生大面積的轉移，而高程和坡度因子在一定程度上阻礙土地利用的變化。城市化的快速發展是農地利用變化的重要原因，城市化過程中各種土地類型相互轉化，且兩者在整體上協調度較低，政府必須采取相應的政策合理控制農地利用變化，促進城市化的健康持續發展。